Ermittlung der abgeleiteten Wärme von einer Wärmequelle

und wie man sie im Aavid Genie anwendet


Schnellanforderung



Eingangsleistung gegenüber abgeleiteter Leistung

Für diejenigen, die neu im Wärmemanagement sind, haben die meisten Geräte zwei zugehörige Leistungswerte: Eingangsleistung und abgeleitete Leistung. Die Eingangsleistung ist das Produkt aus dem elektrischen Eingangsstrom und der Spannung des Geräts. Das ist es, womit sich Elektroingenieure normalerweise am meisten beschäftigen.

Abgeleitete Energie

Wärmeingenieure sorgen sich mehr um die abgeleitete Leistung eines Geräts. Die abgeleitete Leistung ist die Abwärme, die das Bauteil nicht von der Eingangsleistung in die Aktion umsetzen kann, die das Gerät ausführt. Jede Art von thermischer Berechnung benötigt diesen Input, um geeignete Kühlkörper für Ihre Anwendung abzuschätzen, wozu auch Aavid Genie gehört.

Ein Beispiel wäre eine LED, die Licht erzeugt. Die LED wandelt ihre Eingangsenergie in Licht um, aber ein Teil dieser Energie geht als Wärme verloren. Einige Branchen, wie z. B. die Computerindustrie, geben ihre abgeführte Wärme als „Verlustleistung“ (Thermal Design Power, TDP) an.

Wirkungsgrad eines Geräts

Der prozentuale Anteil der vom Gerät effektiv genutzten Leistung wird als Wirkungsgrad des Geräts bezeichnet und kann von Produkt zu Produkt stark variieren. Einige Produkte können einen niedrigen Wirkungsgrad im Bereich 10 % bis 15 % haben, wie thermoelektrische Geräte, oder 30 % bei LED.

Gelegentlich müssen Sie sich von der Ausgangsleistung und dem Wirkungsgrad rückwärts arbeiten, um zur Gesamtwärmebelastung zu gelangen. Diesen Wert können Sie dann im Aavid Genie eingeben oder für andere thermische Berechnungen verwenden.

Zum Beispiel:

Ihr Gerät kann effektiv 100 W aufnehmen, aber es leitet nur 80 W als Wärme ab. Diese 80 W müssen vom Kühlkörper abgeleitet werden. Ihre Eingabe ins Aavid Genie sollte in diesem Fall 80 W sein. In unserem Beispiel hat das Gerät mit 100 W, das 80 W ableitet, einen Wirkungsgrad von 20 %.

Gesamtlast von Geräten

Wenn Sie mehrere Geräte haben, addieren Sie die Verlustleistung aller Geräte. Sie können diesen Wert für die Schätzung oder im Aavid Genie als Parameter für die Gesamtbelastung der Geräte in den Projektbedingungen verwenden.




Gesamtgröße der Wärmequelle und Wärmedichte

Während die Gesamtableitung für grobe Schätzungen ausreichend ist, ist auch die Größe der Wärmequelle ein kritischer Aspekt bei der Art und Weise, wie die Wärme auf Ihren Kühlkörper oder eine andere Wärmemanagementlösung übertragen wird. Die Größe der Wärmequelle definiert, neben der abgeleiteten Leistung, die Dichte einer Wärmebelastung. Die Wärmedichte wirkt sich darauf aus, wie gut eine Wärmemanagementlösung mit der im Bauteil absorbierten Wärme umgehen kann.

Wärmequellen mit hoher Dichte haben stark konzentrierte Wärmebelastungen in kleineren Bereichen im Gegensatz zu einer stärker verteilten Wärmebelastung. Die meisten Wärmemanagement-Lösungen basieren auf Wärmeleitung, um die Wärme erst einmal von der Wärmebelastung wegzubewegen, aber wenn zu viel Wärme in einem einzigen Bereich aufgebracht wird, kann sie sich anhäufen und die Temperatur der Oberfläche und im Gerät deutlich erhöhen. Wie bei dichtem Verkehr kann sie sich auftürmen und meilenweit zurückstauen.

Anwenden der Wärmequellengröße im Aavid Genie

In den Projektbedingungen von Aavid Genie können Sie diese Wärme über die gesamte Kühlkörperbasis verteilen oder Sie können eine bestimmte Grundfläche definieren, um die tatsächliche Wärmedichte widerzuspiegeln. Wenn Sie die Verwendung von Graphit-Wärmeverteilern, Dampfkammern und eingebetteten Heatpipes in Ihrem Kühlkörper planen, wäre eine gleichmäßige Verteilung der Gesamtwärmebelastung eine bessere Darstellung als die Verwendung der tatsächlichen Fläche Ihrer Wärmequellen.

Für Anwendungen mit mehreren Geräten können Sie die Fläche für mehrere Lasten im Abschnitt Projektbedingungen addieren. Dadurch kann Aavid Genie eine äquivalente Fläche für die Technologieauswahl verwenden und bei der Auswahl des einzusetzenden Materials für den Kühlkörper helfen. Sie können die tatsächlichen Geräte und Größen später auf der Seite „Wärmequellendefinitionen“ aktualisieren.

Mit der Gesamtlast und der Größe der Wärmequelle kann Aavid Genie eine gute Schätzung für den Technologieauswahlteil Ihres Kühlkörper-Designprojekts erstellen.



Nachdem Sie Ihren Kühlkörper ausgewählt und konstruiert, Ihre Durchflussrate eingegeben und bestimmt haben, ob Sie einen Kanal- oder Strömungsbypass haben werden, erhalten Sie die Möglichkeit, einzelne Geräte auf der Seite „Wärmequelle“ zu platzieren. Sie können Ihre Wärmequellen ziehen, kopieren und bearbeiten, um die Stellen besser anzupassen, an denen Ihre Wärmebelastungen mit Ihrem Kühlkörper in Kontakt kommen.




Anwenden von Wärmeleitmaterialien im Aavid Genie

Da die meisten Anwendungen von der Verwendung eines Wärmeleitmaterials profitieren, können Sie auch einen Wärmeleitwiderstand von einem Wärmeleitmaterial (Thermal Interface Material, TIM) hinzufügen.



Schlussfolgerung

Nehmen Sie sich Zeit, um die tatsächliche Verlustleistung und die tatsächliche Größe Ihrer Geräte zu berücksichtigen. Dies wird Aavid Genie dabei helfen, Ihnen eine bessere Vorstellung davon zu geben, welche Option Sie noch anpassen können.


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